《普化培训幻灯片》PPT课件.ppt

普通化学 3 1物质的结构与物质的状态一 原子结构1 核外电子的运动特性核外电子运动具有能量量子化 波粒二象性和统计性的特征 不能用经典牛顿力学来描述核外电子的运动状态 2 核外电子的运动规律的描述由于微观粒子具有波的特性 所以在量子力学中用波函数 来描述核外电子的运动状态 1 波函数 用空间坐标 x y z 来描写波的数学函数式 以表征原子中电子的运动状态 一个确定的波函数 称为一个原子轨道 确定电子的一种运动状态 2 概率密度 几率密度 用 2表示电子在核外空间某单位体积内出现的概率大小 3 电子云 用黑点疏密的程度描述原子核外电子的概率密度 2 分布规律的图形 黑点密的地方 电子出现的概率密度较大 单位体积内电子出现的机会多 氢原子1s电子云 二维投影 4 四个量子数 波函数 由n l m三个量子数决定 即 n l m 三个量子数取值相互制约 主量子数n n 1 2 3 确定原子轨道的能量 和电子离核的远近 角量子数 0 1 2 n 1 n个 确定原子轨道的形状 0 1 2 3 s p d f 球形纺锤形梅花形复杂 P轨道投影 d轨道投影 磁量子数m m 0 1 2 2 1个 确定原子轨道的空间取向 0 m 0 S轨道空间取向为1 1 m 0 1 P轨道空间取向为3 2m 0 1 2 d轨道空间取向为5 一个原子轨道 指n m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数 n m 例如 1 0 0 代表基态氢原子的波函数 n m取值合理才能确定一个存在的波函数 亦即确定电子运动的一个轨道 n 1 1个 0 m 0 1 0 0 n 2 4个 n 3 9个 n 4 16个 波函数 数目 n2 n m的取值与波函数关系 n 相同的轨道称为等价轨道 s轨道有1个等价轨道 表示为 p轨道有3个等价轨道 表示为 d轨道有5个等价轨道 表示为 4 自旋量子数ms 代表电子自身两种不同的运动状态 习惯以顺 逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态 可用 表示自旋平行 表示自旋反平行 n m ms四个量子数确定电子的一个完整的运动状态 以 n m ms 表示 例 1 0 0 1 0 0 例题 7 对原子中的电子来说 下列成套的量子数中不可能存在的是 A 3 1 1 1 2 B 2 1 1 1 2 C 3 3 0 1 2 D 4 3 3 1 2 9 下列量子数的组合中 哪一个是不合理的 A n 2 2 m 1B n 2 1 m 0C n 3 2 m 1D n 3 0 m 019 量子力学中的一个原子轨道是指 A 与波尔理论相同的原子轨道B n具有一定数值时的一个波函数C n m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数D m二种量子数都具有一定数值时的一个波函数 12 某元素最外层原子轨道4S上有一个电子 其四个量子数表达式正确的是 A 4 0 1 1 2 B 4 1 0 1 2 C 4 0 0 1 2 D 4 1 1 1 2 24 表示3d的诸量子数为 A n 3 1m 1mS 1 2B n 3 2m 1mS 1 2C n 3 0m 1mS 1 2D n 3 3m 1mS 1 211 p2波函数角度分布形状为 A 双球形B 球形C 四瓣梅花形D 橄榄形 3 原子核外电子分布三原则 1 泡利不相容原理 一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子 一个原子轨道中只能容纳自旋方向相反的两个电子 表示为 根据每层有n2个轨道 每个轨道最多能容纳两个电子 由此可得出每一层电子的最大容量为 2n2 2 最低能量原理 电子总是尽先占据能量最低的轨道 电子依据近似能级图由低到高依次排布 近似能级图 7s 6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s 能量逐渐升高 3 洪特规则 在n和 值都相同的等价轨道中 电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行 如2p3 3d6有几个未成对电子 洪特规则特例 当电子的分布处于全充满 半充满或全空时 比较稳定 全充满 p6或d10或f14半充满 p3或d5或f7全空 p0或d0或f0例如 24Cr1S22S22P63S23P63d54S1 半充满比较稳定 29 u1S22S22P63S23P63d104S1 全充满比较稳定42Mo 47Ag 79Au 4 核外电子分布式 原子的原子的离子的离子外层电子分布式外层电子分布式电子分布式电子分布式 价电子构型 11Na 1s22s22p63s13s1Na 1s22s22p62s22p616S 1s22s22p63s23p43s23p4S2 1s22s22p63s23p63s23p626Fe 1s22s22p63s23p63d64S23d64s2Fe3 1s22s22p63s23p63d53s23p63d524Cr 1S22S22P63S23P63d54S13d54S1Cr3 1S22S22P63S23P63d33S23P63d329 u 1S22S22P63S23P63d104S13d104S1 u2 1S22S22P63S23P63d93S23P63d9 例题 130 某元素的 2价离子的外层电子分布式为 该元素是 C A Mn B Cr C Fe D Co1 24号基态原子的外层电子结构式正确的是 A 2s2B 3s23p6C 3s23p4D 3d54s13 Fe3 的外层电子分布式为 A 3d34S2B 3d5C 3S23P63d5D 3S23P63d34S218 原子序数为25的元素 其 2价离子的外层电子分布为 A 3d34s2B 3d5C 3s23p63d5D 3s23p63d34s2 20 原子序数为29的元素 其原子外层电子排布应是 A 3d94s2B 3d104s2C 3d104s1D 3d105s126 铁原子的价电子构型为3d64s2 在轭道图中 未配对的电子数为 A 0B 2C 4D 6 5 原子 离子的电子式及分子结构式电子式 在元素符号周围用小黑点 或 来表示原子或离子的最外层电子的式子 例如 H Na Mg Ca C 分子结构式 用 代表一对共用电子对的分子式 例如 N N O C O Cl Cl H Cl二 化学键和分子结构1 化学键 分子或晶体中相邻的原子 离子 之间的强烈的相互作用 化学键一般分为离子键 共价键和金属键 1 离子键 由正负离子的静电引力形成的化学键 离子的外层电子构型大致有 2电子构型 8电子构型 9 17电子构型 18电子构型 18 2 电子构型 2 共价键 分子内原子间通过共用电子对 电子云重叠 所形成的化学键 可用价键理论和分子轨道理论来说明 价键理论要点 价键理论认为典型的共价键是在非金属单质或电负性相差不大的原子之间通过电子的相互配对 共用电子对 而形成 原子中一个未成对电子只能和另一个原子中自旋相反的一个电子配对成键 且成键时原子轨道要对称性匹配 并实现最大程度的重叠 所以共价键具有饱和性和方向性 键 原子轨道沿两核连线 以 头碰头 方式重叠S S H H S Px H Cl Px Px Cl Cl 键 原子沿两核连线以 肩并肩 方式进行重叠 如单键 Cl Cl双键 C C 三键 N N 键 键 例题 11 根据价键理论和原子轨道重叠原则 N2的结构为 A 一个 键 二个 键 B 三个 键 C 三个 键 D 一个 键 二个 键 2 分子的极性与电偶极矩 极性分子和非极性分子用电偶极矩 来区别 q q 正负电荷中心带电量 正负电荷中心之间的距离 极性分子 正负电荷中心不重合 0如 HX H2O SO2 H2S HCN等 且极性 HF HCl HBr HI非极性分子 正负电荷中心重合 0 如 N2 H2 CH4 CCl4 CO2 CS2等 对于双原子分子 分子极性与键的极性一致 即键是极性键 分子是极性分子 键是非极性键 分子是非极性分子 如 N2 H2 O2非极性分子 HF HCl HBr HI极性分子对于多原子分子 分子是否极性不仅取决于键的极性 而且取决于分子的空间构型 结构对称的为非极性分子 如 CH4 CCl4 CO2 CS2非极性分子 3 分子空间构型和杂化轨道理论杂化轨道理论要点 1 电子在成键原子的作用下 进行激发 2 能级相近的原子轨道互相杂化 3 几个轨道参加杂化 形成几个杂化轨道 4 成键能力更强 以此用来解释分子的空间构型 1 sp杂化 4Be2s2 图5 18sp杂化轨道 分子空间构型为直线型 键角180 例如 HgCl2 BeCl2分子 2 sp2杂化 5B2s22p1 附图5 15sp2杂化轨道 如 BX3 H2C CH2 BCl3和CH2CH2的空间构型 3 等性sp3杂化 6C2s22p2 等性杂化 各个杂化轨道所含成分完全相同 附图5 16sp3杂化轨道 sp3杂化轨道成键特征 键角为109 28 分子空间构型为正四面体 例如 CH4 CX4 甲烷的空间构型 4 sp3不等性杂化 7N2s22p3 8O2s22p4 NH3空间构型为三角锥形 H2O空间构型为 V 形 不等性杂化 各个杂化轨道所含成分不完全相同 例题 2 用杂化轨道理论推测下列分子空间构型 其中为平面三角形的是 A NF3B AsH3C BF3D SbH35 下列分子中其中心原子采用SP3不等性杂化的是 A BeCl2B BCl3C PH3D CCl415 下列分子中 偶极距不为零的是 A H2OB H2C CO2D O2 22 下列哪些叙述是正确的 A 多原子分子中 键的极性越强 分子的极性越强 B 具有极性共价键的分子 一定是极性分子 C 非极性分子中的化学键 一定是非极性共价键 D 分子中的键是非极性键 分子一定是非极性分子 27 CO2 H2O NH3三种分子的极性不同 CO2属非极性分子 H2O NH3属极性分子 CO2 NH3属非极性分子 H2O属极性分子 三者均是极性分子 它们均是非极性分子 4 分子间力 非极性分子与非极性分子间的力色散力 瞬时偶极和瞬时偶极之间产生的分子间的力 瞬时偶极 由于分子在某瞬间正负电荷中心不重合所产生的一种偶极 非极性分子与极性分子间的力色散力 诱导力 由固有偶极和诱导偶极之间所产生的分子间力 诱导偶极 由于分子受外界电场包括极性分子固有偶极场的影响所产生的一种偶极 极性分子与极性分子之间的力色散力 诱导力 取向力 由固有偶极之间所产生的分子间力 分子间力是色散力 诱导力和取向力的总称 分子间力也叫范德华力 其中色散力最普遍 也最重要 分子间力比一般化学键弱得多 没有方向性和饱和性 同类型分子中 色散力与摩尔质量成正比 故可近似认为分子间力与摩尔质量成正比 例题 2 下列各物质分子间只存在色散力的是 H20 NH3 SiH4 HCl6 HCl分子间的力有 A 色散力B 色散力 诱导力 取向力C 诱导力 取向力D 色散力 诱导力10 下列分子中 分子间作用力最大的是 A F2B Cl2C Br2D I2 5 氢键 氢原子除能和电负性较大的X原子 如 F O N 形成强的极性共价键外 还能吸引另一个电负性较大的Y原子 如 F O N 中的孤电子云对形成氢键 X H Y X Y 电负性较大的原子如 F O N 分子中含有F H键 O H键或N H键的分子能形成氢键 如 HF H2O NH3 无机含氧酸 HNO3 H2SO4 H3BO3等 有机羧酸 COOH 醇 OH 胺 NH2 蛋白质等分子之间都存在氢键 而乙醛 CH3CHO 和丙酮 CH3 CO CH3 等醛 酮 醚分子之间则不能形成氢键 但与水分子之间能形成氢键 例题 129 下类物质存在氢键的是 B A HBr B H2SO4 C C2H8 D CHCl31 下列物质中 含有氢键的是 H2S NH3 HCHO C6H64 在下列物质中含有氢键的是 C A HClB H2SC CH3CH2OHD CH3OCH3 6 下列含氢化合物中 不存在氢键的化合物有 C2H5OH C3H8 NH3 H3BO3 6 分子间力对物质性质的影响 物质的熔点和沸点 同类型的单质和化合物 其熔点和沸点一般随摩尔质量的增加而增大 因为分子间的色散力随摩而质量的增加而增大 但含有氢键的物质比不含氢键的物质熔点和沸点要高 例如 HF HCl HBr HI沸点 85 57 36因HF分子间存在氢键 其熔点和沸点比同类型的氢化物要高 出现反常现象 物质的溶解性 极性 相似者相溶 即极性溶质易溶于极性溶剂 非极性 或弱极性 溶质易溶于非极性 或弱极性 溶剂 溶质和溶剂的极性越相近 越易互溶 例如 碘易溶于苯或四氯化碳 而难溶于水 例题 14 下列物质熔点最高的是 A CF4B CCl4C CBr4D CI451 H2O的沸点是100 H2Se的沸点是 42 这种反常现象主要是由下述哪种原因引起的 分子间力 共价键 离子键 氢键 三 晶体结构和性质 一 晶体的基本类型和性质1 离子晶体 1 晶格结点上的微粒 正 负离子 2 微粒间作用力 离子键 作用力随离子电荷的增多和半径的减少而增强 3 晶体中不存在独立的简单分子 例如NaCl晶体 表示Na Cl 1 1 4 晶体的特性 熔点高 硬度大 延展性差 一般易溶于极性溶剂 熔融态或水溶液均易导电 在相同类型的典型离子晶体中 离子的电荷越多 半径越小 晶体的熔点越高 硬度越大 例1 例2 离子与电荷的规律如下 在同一周期中 自左而右随着正离子电荷数的增多 离子半径逐渐减少 如 Na Mg2 K Ca2 Sc3 同一元素 随着正离子电荷数的增多 离子半经减少 如Fe2 Fe3 在同一族中 自上而下离子半经逐渐增大 如 I Br Cl F 2 原子晶体 1 晶格结点上的微粒 原子 2 微粒间作用力 共价键 3 晶体中不存在独立的简单分子 例如方石英 SiO2 晶体 表示Si O 1 2 4 晶体的特性 熔点高 硬度大 延展性差 一般溶剂中不溶 是电的绝缘体或半导体 常见的原子晶体有金刚石 C 和可作半导体材料的单晶硅 Si 锗 Ge 砷化镓 GaAs 以及碳化硅 SiC 和方石英 SiO2 3 分子晶体 1 晶格结点上的微粒 极性分子或非极性分子 2 微粒间作用力 分子间力 还有氢键 在同类型的分子中 分子间力随分子量的增大而增大 3 晶体中存在独立的简单分子 例如CO2晶体 表示一个分子 4 晶体的特性 熔点抵 硬度小 随分子量的增大而增大 延展性差 其溶解性遵循 相似者相溶 有的易溶于有机溶剂 4 金属晶体 1 晶格结点上的微粒 原子或正离子 2 微粒间作用力 金属键 3 晶体中不存在独立的简单分子 4 晶体的特性 是电和热的良导体 熔点较高 硬度较大 优良的变形性和金属光泽 二 过渡型的晶体1 链状结构晶体如石棉 链与链之间的作用力 弱的静电引力 链内的作用力 强的共价键 有纤维性 2 层状结构晶体如石墨 层与层之间的作用力 大 键 层内的作用力 SP2 SP2 键 是热和电的良导体 可作润滑剂 例题 8 下列氧化物中 熔点最高的是 A MgOB CaOC SrOD SO2 7 下列物质中 熔点由低到高排列的顺序应该是 A NH3SrF2 CaF2 MgF2B MgF2 CaF2 SrF2 BaF2C SrF2 CaF2 BaF2 MgF2D CaF2 MgF2 SrF2 BaF2 四 气体定律1 理想气体状态方程 PV nRTP 压力 Pa V 体积 m3 T 绝对温度 K n 摩尔数 mol R 气体常数R 8 314JK 1mol 1 当n一定时 P V T变则有 n T一定时 P1V1 P2V2 n P一定时 T P一定时 PV M 2 分压定律 分压 气体混合物中每一种气体的压力 等于该气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力 道尔顿分压定律 适于各组分互不反应的理想气体 气体混合物总压力等于混合物中各组分气体分压的总和 P总 PA PB 混合气体中某组分气体的分压 等于总压力乘该组分气体的摩尔分数 分压定律可用来计算混合气体中组份气体的分压 摩尔数或在给定条件下的体积 34 将0 125dm3压力为6 08 104Pa的气体A与0 15dm3压力为8 11 104Pa的气体B 在等温下混合在0 5dm3的真空容器中 混合后的总压力为 A 1 42 105Pa B 3 95 104PaC 1 4atm D 3 9atm混合后 PA 6 08 104Pa 0 125 0 5 1 52 104Pa PB 8 11 0 15 0 5 2 43 104Pa 混合后的总压力为 P PA PB 1 52 104Pa 2 43 104Pa 3 95 104Pa 3 2溶液 3 2溶液一 溶液浓度的表示 1 质量分数 C 2 物质的量浓度 m 3 质量摩尔浓度 x 4 摩尔分数 二 稀溶液的通性1 溶液的蒸汽压下降 1 蒸汽压 饱和蒸汽压 P0 在一定温度下 液体和它的蒸汽处于平衡时 蒸汽所具有的压力 试验证明 溶液的蒸汽压总是低于纯溶剂的蒸汽压 其差值称为溶液的蒸汽压下降 P 2 拉乌尔定律 在一定温度下 难挥发的非电解质稀溶液的蒸汽压下降和溶质 B 的摩尔分数成正比 例题 108 一封闭钟罩中放一杯纯水A和一杯糖水B 静止足够长时间发现 B A A杯水减少 B杯中水满后不再变化B A杯变成空杯 B杯中水满后溢出C B杯水减少 A杯水满后不再变化D B杯水减少至空杯 A杯水满后溢出 2 溶液的的沸点上升和凝固点下降 1 沸点 液相的蒸汽压等于外界压力时的温度 2 凝固点 液相蒸汽压和固相蒸汽压相等时的温度 3 汽化热 恒温恒压下 液态物质吸热汽化成气态 所吸收的热量称为汽化热 试验证明 溶液的沸点总是高于纯溶剂的沸点 溶液的凝固点总是低于纯溶剂的凝固点 利用凝固点下降的原理 冬天可在水箱中加入乙二醇作为防冻剂 3 拉乌尔定律 难挥发非电解质稀溶液的沸点上升和凝固点下降与溶液的质量摩尔浓度 m 成正比 Tb kb m Tf kf m 3 渗透压 为维持被半透膜所隔开的溶液与纯溶剂之间的渗透平衡而需要的额外压力 半透膜 动物的肠衣 细胞膜 膀胱膜等只允许溶剂分子透过 而不允许溶质分子 或离子 透过的膜称半透膜 v nRT CRT 电解质溶液的通性 电解质溶液 或者浓度较大的溶液也与非电解质稀溶液一样具有溶液蒸汽压下降 沸点上升 凝固点下降和渗透压等性质 稀溶液依数性 但是 稀溶液定律所表达的这些依数性与溶液浓度的定量关系不适用于浓溶液和电解质溶液 对于电解质溶质的稀溶液 蒸汽压下降 沸点上升 凝固点下降和渗透压的数值都比同浓度的非电解质稀溶液的相应数值要大 沸点高低或渗透压大小顺序为 对同浓度的溶液来说 A2B或AB2型强电解质溶液 AB型强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液蒸汽压或凝固点的顺序正好相反 对同浓度的溶液来说 A2B或AB2型强电解质溶液 AB型强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 例1 将质量摩尔浓度均为0 10mol kg 1的BaCl2 HCl HAc 蔗糖水溶液的粒子数 蒸气压 沸点 凝固点和渗透压按从大到小次序排序 解 按从大到小次序排序如下 粒子数 BaCl2 HCl HAc 蔗糖蒸气压 蔗糖 HAc HCl BaCl2沸点 BaCl2 HCl HAc 蔗糖凝固点 蔗糖 HAc HCl BaCl2渗透压 BaCl2 HCl HAc 蔗糖 例题 131 下类水溶液渗透压最高的是 D A B C D 36 Tb Kb m 式中m是 A 溶夜的质量百分浓度B 溶夜的体积摩尔浓度C 溶夜的摩尔分数浓度D 溶夜的质量摩尔浓度39 水箱中加入防冻剂乙二醇 其理由是 A 渗B 凝固点下降C 沸点上升D 蒸汽压下降 40 下列哪一种物质的水溶液的蒸气压最大 A 0 1molkg 1NaClB 0 1molkg 1蔗糖C 0 1molkg 1CaCl2D 0 1molkg 1HAc43 下列水溶液中凝固点最低的是 A 0 01molkg 1Na2SO4B 0 01molkg 1HACC 0 1molkg 1C3H5 OH 3D 0 1molkg 1HCl45 定性比较下列四种溶液 浓度都是0 1molkg 1 的沸点 沸点高的是 A Al3 SO4 3B MgSO4C CaCl2D CH3CH3OH 三 可溶电解质单相电离平衡 水的电离 H2O H aq OH aq 1 水的离子积 KW C H C OH 250CKW 1 0 10 14在任何酸碱性的溶液中 皆有C H C OH 1 0 10 14 2 pH值 pH lg C H pOH lg C OH pH pOH 1 酸碱理论 酸碱电离理论 酸 解离时生成的正离子全部是H 碱 解离时生成的阴离子全部是OH 酸碱质子理论 酸 凡能给出H 的物质 碱 凡能接受H 的物质 HA H A 共轭酸共轭碱例如 共轭酸碱对 HAc NaAc HF NH4F NH4Cl NH3 H2CO3 HCO3 HCO3 CO32 H2PO4 HPO42 等 3 酸碱电子理论 酸 凡能接受电子对的物质 碱 凡能给出电子对的物质 一元弱酸的解离 HAc aq H aq Ac aq 弱酸的解离常数 Ka大则酸性强 Ka只与温度有关 而与浓度无关 在一定温度下 为一常数 若弱酸比较弱 Ka 10 4则 在一定的温度下 随浓度C而变 溶液稀释时 浓度下降 升高 但解离常数不变 例题 132 25 C度时 HCN水溶液中的A A 2 2 10 6mol dm 3 B C D 44 对于弱酸来说 溶液越稀则 A 解离度越大 酸性越强 B 解离度越小 酸性越弱C 解离度不变 酸性不变 D 解离度越大 酸性大小不定47 当温度不变 对公式 Ka C 1 2的叙述正确的是 A C不变 则 Ka 1 2B Ka不变 则 1 C 1 2C C变小 则Ka变小D C增大 则Ka亦增大49 在0 05moldm 3的HCN中 若有0 010 0的HCN电离了 则HCN的解离常数为 5 10 10 5 10 8 5 10 6 2 5 10 7 一元弱碱的解离 NH3 aq H2O NH4 aq OH aq 弱碱的解离常数Kb 若弱碱比较弱 Kb 10 4则 多元弱酸 二级解离比一级解离弱 近似按一级解离处理 H2S aq H aq HS aq Ka1 9 1 10 8HS aq H aq S2 aq Ka2 1 1 10 12Ka1 Ka2 忽略二级解离 按一级解离处理 6 盐类水解平衡及溶液的酸碱性 1 强碱弱酸盐的水解 水解生成弱酸和强碱 溶液呈碱性 例如NaAc水解 Ac H2O HAc OH 2 强酸弱碱盐的水解 水解生成弱碱和强酸 溶液呈酸性 例如NH4Cl水解 NH4 H2O NH3 H2O H 3 弱酸弱碱盐水解 水解生成弱酸和弱碱 溶液酸碱性视弱酸Ka和弱碱Kb相对强弱大小 例如NH4Ac水解溶液呈中性 NH4Ac H2O NH3 H2O HAc 4 强酸强碱盐水解 溶液呈中性 如NaCl 7 缓冲溶液 1 同离子效应 在弱电解质溶液中 加入与弱电解质具有相同离子的强电解质 使弱电解质的解离度降低 这种现象叫做同离子效应 在弱酸的溶液中 加入该酸的共轭碱 弱酸盐 或在弱碱的溶液中加入该碱的共轭酸 弱碱盐 则弱酸或弱碱解离度降低 例如 在HAc溶液中加入NaAc 使HAc解离平衡向左移动 即HAc aq H AC aq AC 加入NaAc 从而使HAc解离度降低 2 缓冲溶液 由弱酸及其共轭碱或弱碱及其共轭酸所组成的溶液 能抵抗外加少量强酸 强碱或稍加稀释而使本身溶液pH值基本保持不变 这种对酸和碱具有缓冲作用的溶液称缓冲溶液 3 缓冲溶液种类 1 弱酸 弱酸盐如HAc NaAc HF NH4F 过量的弱酸和强碱 如过量的HAc和NaOH 2 弱碱 弱碱盐如NH3 NH4Cl 过量的弱碱和强酸 如过量的NH3 H2O和HCl 3 多元酸 酸式盐 多元酸的两种不同的酸式盐 如H2CO3 NaHCO3 NaHCO3 Na2CO3 NaH2PO4 Na2HPO4 39 在某温度时 下列体系属于缓冲溶液的是 A 0 100mol dm 3的NH4Cl溶液 B 0 100mol dm 3的NaAc溶液 C 0 400mol dm 3的HCl与0 200mol dm 3NH3 H2O等体积混合的溶液 D 0 400mol dm 3的NH3 H2O与0 200mol dm 3HCl等体积混合的溶液 48 下列溶液不属于缓冲体系的是 A H2PO4 HPO42 B NaF HFC HCO3 H2CO3D NaNO3 HNO3 4 缓冲溶液pH值计算 例1 将100ml0 20mol dm 3HAc和50ml0 20mol dm 3NaAc混合 求混合后溶液pH值 已知HAc的解离常数Ka 1 76 10 5解 混合后 例2 将100ml0 20mol dm 3HAc和50ml0 20mol dm 3NaOH混合 求混合后溶液pH值 已知HAc的解离常数Ka 1 76 10 5解 混合后 剩余HAc浓度为 HAc和NaOH反应后生成的NaAc浓度为 5 缓冲溶液的配制 当C共轭酸 C共轭碱时 缓冲溶液缓冲能力最大 此时pH pKa 此即为选择缓冲溶液的原则 例如 配制pH 5左右的缓冲溶液 选HAc NaAc混合溶液 配制pH 9左右的缓冲溶液 选NH3 NH4Cl混合溶液 配制pH 7左右的缓冲溶液 选NaH2PO4 Na2HPO4混合溶液 例题 33 醋酸溶液中 加入适量固体NaAc后 结果会使 A 溶液pH值增大 溶液pH值减小 醋酸解离常数增大 醋酸解离常数减小105 在氨水中加入一些NH4Cl晶体 会使 D A NH3水的解离常数增大B NH3水的解离度a增大C 溶液的pH值增大D 溶液的pH值减少38 欲配制500mLpH 5 0的缓冲溶液 应选择下列哪种混合溶液较为合适 A HAc NaAc Ka 1 75 10 5 B NH3 H2O NH4Cl Kb 1 74 10 5 C NaH2PO4 Na2HPO4 Ka2 6 31 10 8 D NaHCO3 Na2CO3 Ka2 4 68 10 11 四 难溶电解质的多相解离平衡1 难溶电解质的沉淀溶解平衡AnBm s nAm aq mBn aq 1 溶度积 饱和溶液中离子浓度以计量系数为指数的乘积 Ksp AnBm Ceq Am n Ceq Bn m Am n Bn m溶度积在一定的温度下为一常数AgCl s Ag aq Cl aq KSP AgCl Ceq Ag Ceq Cl Ag Cl KSP CaF2 Ceq Ca2 Ceq F 2 Ca2 F 2KSPMg OH 2 Ceq Mg2 Ceq OH 2 Mg2 OH 2 2 溶解度S mol dm 3 mol L 1 与溶度积Ksp关系 溶解度S 每dm3 L 水溶液中含溶质的摩尔数 AB型沉淀 如AgCl AgBr AgI CaSO4等 A2B或AB2型沉淀 如Ag2CrO4 Mg OH 2等 对同一种类型的沉淀 溶度积Ksp越大 溶解度S越大 对不同类型的沉淀 通过计算S比较溶解度的大小 例题 42 难溶电解质CaF2饱和溶液的浓度是2 0 10 4moldm 3 它的溶度积是 8 0 10 8 4 0 10 8 3 2 10 11 8 0 10 1246 已知KSP Pb OH 2 4 10 15 则难溶电解质Pb OH 2的溶解度为 A 6 10 7moldm 3 2 10 15moldm 3 1 10 5moldm 3 2 10 5moldm 350 CaC2O4的溶度积2 6 10 9 如果要使Ca2 浓度为0 02moldm 3的溶液生成沉淀 所需要草酸根离子的浓度为 A 1 0 10 9moldm 3B 1 3 10 7moldm 3C 2 2 10 5moldm 3D 5 2 10 11moldm 3 2 溶度积规则 判断沉淀的生成和溶解 QKSP过饱和溶液 有沉淀析出注意 1 Q为任意状态溶液离子浓度如起始浓度以计量系数为指数的乘积 2 若有几种沉淀 先满足Q KSP者 先沉淀 同类型沉淀KSP小者先沉淀 3 沉淀完全 离子浓度 10 6 不等于离子全部沉淀 例题 107 在已经产生了AgCl沉淀的溶液中 能使沉淀溶解的方法是 C A 加入HCl溶液B 加入AgNO3溶液C 加入浓氨水D 加入NaCl溶液 沉淀顺序例题 106 CaCO3与PbI2的溶度积非常接近 均为约1 10 9 下列叙述中正确的是 B A 二者的饱和溶液中Ca2 Pb2离子的浓度以接近 B 溶液中含Ca2 与Pb2 离子的浓度相同时 逐渐加入浓度均为0 1mol L的Na2CO3和NaI的混合溶液 首先沉淀的是CaCO3 C 二者的饱和溶液中 Ca2 离子的浓度为Pb2 离子的浓度的1 2 D 二者在水中的溶解度近似相等 沉淀顺序例题 106 已知AgCl AgBr Ag2CrO4的溶度积分别为1 8 10 10 5 2 10 13 3 4 10 11 某溶液中含有Cl Br CrO42 的浓度均为0 01mol L 1 向该溶液逐滴加入0 01mol L 1AgNO3溶液时 最先和最后产生沉淀的分别是 A AgBr和Ag2CrO4B AgBr和AgClC Ag2CrO4和AgClD Ag2CrO4和AgBr 3 同离子效应 在难溶电解质溶液中 加入与难溶电解质具有相同离子的易溶电解质 可使难溶电解质溶解度降低 这种现象叫做同离子效应 例如 在AgCl溶液中 加入NaCl 使AgCl溶解度下降 例题 35 同离子效应使 A 弱酸的解离度增大 难溶盐的溶解度增大 B 弱酸的解离度减小 难溶盐的溶解度减小 C 弱酸的解离度不变 难溶盐的溶解度增大 D 弱酸的解离度增大 难溶盐的溶解度不变 41 AgCl沉淀在NaCl溶液中 其溶解度 A 由于同离子效应 故增大B 由于同离子效应 故减小C 不变 因为这两种盐互不干扰D 由于稀溶液通性 故减小 3 3周期 一 原子核外电子分布和元素周期系元素周期表是元素周期系的体现 元素周期表由周期和族组成 1 每周期元素的数目 相应能级组所能容纳的最多电子数 2 元素在周期表中的位置和原子结构的关系知道元素在周期表中的位置 哪一周期 哪一族 就可写出原子的电子分布式和外层电子分布式 反过来也一样 1 周期数 电子层数 2 族数 主族和IB IIB的族数 最外层电子数 ns电子 nP电子 数 IIIB VIIB族的族数 最外层S电子 此外层d电子数ns电子 n 1 d电子数 零族的最外层电子数 2或8 VIII族的最外层S电子 次外层d电子数 8 10ns电子 n 1 d电子数 8 10 周期表与价电子结构的关系 3 元素在周期表中的分区根据原子的外层电子构型可将元素分成5个区 镧系 锕系元素为f区 例1 有一元素在周期表中属于第4周期第VI主族 试写出该元素原子的电子分布式和外层电子分布式 解 根据该元素在周期表中的位置可直接写出该元素的外层电子分布式 4s24p4 第4周期第6主族 再根据外层电子分布式推出完整的电子分布式 1s22s22p63s23p63d104s24p4例2 已知锝的外层电子分布式4d55s2 指出该元素在周期表中所属的周期数和族数 解 周期数 5 层数 5 族数 VIIB族 最外层s电子 次外层d电子数 2 5 7 例3 试分别指出例1中34号元素和例2中锝元素在周期表中所属的分区 解 根据34号元素外层电子分布式4s24p4 得知该元素属p区 根据锝元素的外层电子分布式4d55s2 得知该元素属d区 例题 29 ds区元素包括 A 锕系元素B 非金属元素C B B元素D B B元素30 某元素原子的价电子层构型为 s2 p2 则此元素应是 A 位于第五周期B 位于第六周期C 位于S区D 位于p区 31 某元素位于第五周期IVB族 则此元素 A 原子的价层电子构型为5s25p2B 原子的价层电子构型为4d25s2C 原子的价层电子构型为4s24p2D 原子的价层电子构型为5d26s2 二 元素性质的周期性递变1 金属性和非金属性 1 同一周期 从左 右 原子半径逐渐减少 非金属性增强 2 同一族 主族元素 从上 下 原子半径逐渐增大 金属性增强过渡元素 从下 上金属性增强 例题 133 某元素的最高氧化值为 6 其氧化物的水化物为强酸 而原子半径是同族中最小的 该元素是 B A Mn B Cr C Mo D S 2 元素的电离能 电子亲合能和电负性 1 元素的第一电离能 基态的气态原子失去一个电子形成 1价气态离子时所吸收的能量 X 气 e X 气 用于衡量单个原子失去电子的难易程度 电离能数值越大 原子越难失去电子 数值越小 原子越易失去电子 2 元素的电子亲合能 基态的气态原子获得一个电子形成 1价气态离子时所放出的能量 X 气 e X 气 用于衡量单个原子获得电子的难易程度 数值越大 原子越容易获得电子 数值越小 原子越难获得电子 3 元素电负性 用于衡量原子在分子中吸引电子的能力 电负性越大 元素的非金属性越强 电负性越小 元素的金属性越强 金属元素的电负性值 2 0 除铂系和金 非金属元素的电负性值 2 0 除Si外 例 28 下列元素中电负性最大的是 A CB SiC OD S 三 氧化物及其水合物的酸碱性递变规律 氧化物及其水合物的酸碱性一般规律 同周期元素最高价态的氧化物及其水合物 从左到右酸性递增 碱性递减 以四周期为例 例题 16 下列氧化物中既可和稀H2SO4溶液作用 又可和稀NaOH溶液作用A Al2O3B Cu2OC SiO2D CO32 下列含氧酸中 酸性最强的是 A HClO2B HClOC HBrOD HIO58 下列物质中酸性最弱的是 A H3AsO3B H3AsO4C H3PO4D HBrO4 3 4化学反应方程式 化学反应速率与化学平衡 一 热化学1 重要概念 反应热 化学反应时所放出或吸收的热叫做反应的热效应 简称反应热 热化学 研究反应热与其他能量变化的定量关系的学科 系统 作为研究对象的部分称系统 环境 系统之外与系统密切相关 影响所能及的部分称环境 相 系统中既有相同的物理和化学性质的均匀的部分称为相 相与相之间具有明确的界面 气态 任何气体均能无限混合不论有多少种气体只有一个相 液态 互溶的为一相 如 液态乙醇与水不互溶的为二相或多相 如 甲苯与水固态 几种固体就有几相 形成固溶体则为一相 状态 指描述系统的诸如压力P 体积V 温度T 质量m和组成的各种宏观性质的综合表现 状态函数 用来描述系统状态的物理量称状态函数如 P V T m V H S G但热q和功W不是状态函数 他们的改变量与途径有关 2 化学反应方程式写法及计算 1 化学反应方程式的写法 把参加化学反应的反应物的分子式或离子式写在左边 生成物的分子式或离子式写在右边 根据反应物和产物原子总数和电荷总数均相等的原则配平反应方程式 2 化学反应中的有关计算 aA bB gG dD 3 热化学反应方程式 表明化学反应方程式和反应热关系的方程式 4 热化学反应方程式的书写 标明温度和压力 T 298 15k P 100kPa可省略 右下角标明物质聚集状态 气态 g液态 固态 s溶液 aq 配平反应方程式 物质前面的计量系数代表物质的量 可为分数 标明反应热 q0 吸热 单位 kJmol 1例 C s O2 g CO2 g q 393 5kJmol 1 3 热力第一定律 当封闭体系状态发生变化时 其反应系统内能的变化量 u 等于热 q 和功 w 代数和 u q w 恒容过程 在恒容不作非体积功条件下 w 0 u qV即反应中子系统内能的变化量 u 在数值上等于等容热效应qV 恒压过程 在恒压 只作体积功的条件下 H qp即反应的焓变 H在数值上等于等压热效应 若反应在等压条件下 可用反应的标准摩尔焓变 Hm表示反应热效应 Hm 0放热 Hm 0吸热 4 盖斯定律 在恒容或恒压条件下 化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关 而与变化的途径无关 推论 热化学方程式相加减 相应的反应热随之相加减反应 3 反应 1 反应 2 则 Hm3 Hm1 Hm2例 1 C s O2 g CO2 g Hm1 393 5kJmol 1 2 CO g 1 2O2 g CO2 g Hm2 283 0kJmol 1 3 C s 1 2O2 g CO g 反应 1 反应 2 反应 3 故 Hm3 Hm1 Hm2 393 5 283 0 110 5kJmol 1 注意 1 方程式乘以系数 相应反应热也应乘以该系数 如反应 3 2反应 1 3反应 2 则 Hm3 2 Hm1 3 HmC s O2 g CO2 g H 393 5kJmol 12C s 2O2 g 2CO2 g H 787kJmol 12 正逆反应的反应热绝对值相等 符号相反 如 CO2 g C s O2 g H 393 5kJmol 1 5 反应的标准摩尔焓变 rHm 的计算 1 标准条件对于不同状态的物质 其标准的含义不同 气态物质 指气体混合物中 各气态物质的分压均为标准压力P P 100kPa溶液中水合离子或水合分子 指水合离子或水合分子的有效浓度为标准浓度C C 1mol dm 3液体或固体 指纯液体或纯固体 2 标准状态 反应中的各物质均处于标准条件下称该反应处于标准状态 以 表示 3 物质的标准摩尔生成焓 在标准状态下由指定单质生成单位物质量 1mol 纯物质时反应的焓变称该物质标准摩尔生成焓 以 fHm 298 15K 表示 单位kJmol 1可查表得 例 fHm CO2 g 298 15K 393 5kJmol 1规定 指定单质标准摩尔生成焓为零 fHm 单值 298 15K 0 fHm O2 g 298 15K 0指定单质通常指标准压力和该温度下最稳定的单质 如C 石墨 s P为白磷 s 即P s 白 Hg l 4 反应的标准摩尔焓变的计算aA bB gG dD rHm 298 15K g fHm G 298 15K d fHm D 298 15K a fHm A 298 15K b fHm B 298 15K 单位 kJmol 1反应的焓变基本不随温度而变 即 H T H 298 15K 例题 64 已知反应N2 g 3H2 g 2NH3 g 的 H 298 15k 92 22kJmol 1则NH3 g 的标准摩尔生成焓为 kJmol 1 A 46 11 B 92 22C 46 11D 92 2272 在标准压力和298 15K时CO g 和H2O g 的标准摩尔生成焓分别为 110 4KJmol 1和 241 7KJmol 1 则生产水煤气反应的C S H2O g CO g H2 g 的标准摩尔焓变为 KJmol 1A 352 1B 131 3C 131 3D 352 1101 下列各热化学方程式的热效应 符合物质标准摩尔生成焓定义的是 D A 2S s 302 g 2SO3 g B C C 金刚石 O2 g CO2 g D C 石墨 O2 g CO2 g 136 在温度为298 15K 压力为101 325kPa下 乙炔 乙烷 氢气和氧气反应的热化学方程式为 2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l rHm 2598kJ mol 12C2H6 g 7O2 g 4CO2 g 6H2O 2 rHm 3118kJ mol 1H2 g 1 2O2 g H2O 3 rHm 285 8kJ mol 1根据以上热化学方程式 计算下列反应的标准摩尔焓变 rHm kJ mol 1 C2H2 g 2H2 g C2H6 g 4 A 311 6 B 311 6 C 623 2 D 623 2答案 4 1 2 1 2 2 3 rH4 1 2 rH1 rH2 2 rH3 二 化学反应方向的判断1 熵 1 熵 是系统内物质微观粒子的混乱度 或无序度 自由度 的量度 符号为S 是状态函数 系统混乱度越大 熵值越大 2 热力学第三定律 在绝对零度时 一切纯物质的完美晶体的熵值为零 S 0K 0 3 物质的标准摩尔熵 单位物质量的纯物质在标准状态下的规定熵叫做该物质的标准摩尔熵 以S m表示 以J mol 1 K 1表示 4 物质的熵值大小 有如下规律 对同一物质而言 气态时的熵大于液态时 而液态时的熵又大于固态 即Sg S Ss 同一物质 聚集状态相同时 熵值随温度升高而增大 即S高温 S低温 当温度和聚集状态相同时 结构较复杂 内部微观粒子较多 的物质的熵值大于结构简单的 即S复杂分子 S简单分子 5 反应的标准摩尔熵变 rSm aA bB gG dD rSm 298 15K gSm G 298 15K dSm D 298 15K aSm A 298 15K bSm B 298 15K J K 1 mol 1反应的熵值基本不随温度而变 即 rSm T rSm 298 15k 6 吉布斯函数G H TS 是状态函数吉布斯函数变 G H T S 6 反应方向 自发性 的判断 G 0反应正向自发 G 0平衡状态 G 0反应正向非自发 逆向自发 H 0 S 0 G 0正向自发 H 0 S 0 G 0正向非自发 H 0 S 0 升高至某温度时 G由正值变为负值 高温有利于正向自发 H 0 S 0 降低至某温度时 G由正值变为负值 低温有利于正向自发 7 反应自发进行的临界温度 例题 53 对于反应 H 90KJmoL S 12JK moL 下列哪种情况是正确的 任何温度下均自发 任何温度下均非自发 低温下非自发 高温下自发 低温下自发 高温下非自发60 化学反应达到平衡时有 A G 0B G 0C G 0D G S H S 三 化学反应速率1 化学反应速率的表示 B B物质的化学计量数 反应物取负值 生成物取正值 对于反应 aA bB gG dD例 N2 3H2 2NH3 例题 103 反应2H2 O2 2H2O的反应速率可表示为 D A B C D 全部正确 化学反应速率首先取决于反应物本性 对一给定的反应 反映速率 与反应物浓度 压力 温度 催化剂等因素有关 2 浓度的影响和反应级数浓度对反应速率的影响 增加反应物或减少生成物的浓度 反应速率加大 1 质量作用定律 在一定温度下 对于元反应 即一步完成的反应 又称基元反应或简单反应 反应速率与反应物浓度 以反应方程式中相应物质的化学计量数为指数 的乘积成正比 2 速率方程式元反应 aA bB gG dD速率方程式 c A a c B b 速率常数 在一定温度和催化剂下 为一常数 单位不确定 n a b 称反应级数 例 C2H5Cl C2H4 HCl c C2H5Cl n 1一级反应NO2 CO NO CO2 c NO2 c CO n 2二级反应2NO O2 2NO2 c NO 2 c O2 n 3三级反应非元反应 即两个或两个以上元反应构成 aA bB gG dD速率方程式 c A x c B y反应级数 n x yx y反应级数 由试验来确定 注意 在书写反应速率方程式时 反应中液态和固态纯物质的浓度作为常数 1 例题 54 对于反应 而言 当 的浓度保持不变 的起始浓度增加到两倍时 起始反应速率增加到两倍 当 的浓度保持不变 的起始浓度增加到两倍时 起始反应速率增加到四倍 则该反应的速率方程式为 k k B k CB 2D V k CA 2 CB 270 反应2H2 2NO 2H2O N2的速率方程为V k C H2 C NO 2 则此反应的总级数为 A 4B 3C 2D 1 2 温度对反应速率的影响阿仑尼乌斯公式 Z 指前因子 Ea 活化能 1 温度升高 T 速率常数升高k k正 k逆 反应速率 温度每增加10oC 或k增大2 3倍 2 活化能越低Ea 速率常数升高k 反应速率越高 3 活化能与催化剂 1 活化能 活化络合物 或活化分子 的平均能量与反应物分子平均能量之差 即反应发生所必须的最低能量 Ea 正 Ea 逆 H 2 催化剂 改变反应历程 降低反应活化能 加快反应速率 而本身组成 质量及化学性质在反应前后保持不变 反应过程 能量 EI EII Ea 正 Ea 逆 E rHm 终态 始态 过渡态 I II 图2 4反应系统中活化能示意图 4 从活化分子 活化能的观点解释加快反应速率的方法 从活化分子 活化能的观点来看 增加活化分子总数可加快反应速率 活化分子总数 分子总数 活化分子数 1 增大浓度 活化分子 一定 浓度增大 增加单位体积内分子总数 增加活化分子总数 从而加快反应速率 2 升高温度 分子总数不变 升高温度 一方面 分子运动速率加快 分子碰撞几率增加 反应速率增加 另一方面 升高温度使更多分子获得能量而成为活化分子 活化分子 显著增加 增加活化分子总数 从而加快反应速率 3 催化剂 降低反应的活化能 使更多分子成为活化分子 活化分子 显著增加 增加活化分子总数 从而加快反应速率 正 逆 127 反应的 欲加快正反应速率 下列措施无用的是 D A 增大O2的分压 B 升温 C 使用催化剂 D 增加C碳的浓度 66 催化剂加快反应进行的原因在于它 提高反应活化能 降低反应活化能 使平衡发生移动 提高反应分子总数 67 升高温度可以增加反应速率 主要是因为 增加了分子总数 增加了活化分子百分数 降低了反应的活化能 使平衡向吸热方向移动 四 化学平衡1 化学平衡的特征 1 正 逆即正 逆两方向反应速率相等时 系统达到平衡状态 2 生成物和反应物的浓度 或压力 不再发生变化 恒定 3 化学平衡是有条件的 相对的 暂时的动态平衡 条件改变 平衡会发生移动 例题 61 在指定条件下 可逆反应达到平衡时 各反应物和生成物的浓度相等 各反应物浓度的乘积小于各生成物浓度的乘积 各生成物浓度的乘积小于各反应物浓度的乘积 各反应物和生成物浓度均为定值 2 标准平衡常数k 1 试验证明 生成物相对浓度 或相对压力 以计量系数为指数的的乘积与反应物相对浓度 或相对压力 以计量系数为指数的的乘积的比值为一常数 此常数称为该反应在该温度下的标准平衡常数 以k 表示 2 k 的表达式对于气体反应 aA g bB g gG g dD g 对于溶液中的反应 aA aq bB aq gG aq dD aq p 100kPa C 1moldm 3 说明 k 只是温度的函数 温度一定 k 为一常数 不随浓度或压力而变 k 表达式 与化学方程式的书写方式有关 N2 3H2 2NH3 k1 N2 H2 NH3 k2 2NH3 N2 3H2 k3 k1 k2 2 多重平衡规则反应 3 反应 1 反应 2 k3 k1 k2 反应 3 反应 1 反应 2 k3 k1 k2 例题 69 一密闭容器中 有A B C三种气体建立了化学平衡 它们的反应是A g B g C g 相同温度下 体积缩小2 3 则平衡常数K 为原来的 A 3倍B 2倍C 9倍D 不变66 某温度时反应H2 g Cl2 g 2HCl2 g 的K1 4 10 2 则反应HCl2 g 1 2H2 g 1 2Cl2 g 的K2 为 A 25B 5C 4 10 2D 2 10 171 已知 1 C s CO2 g 2CO g K1 2 CO g Cl2 g COCl2 g K2 则反应2COCl2 g C s CO2 g 2Cl2 g 的平衡常数为 A K1 K2 2B K1 2 K2 C 1 K1 K2 2D 1 K1 2 K2 3 温度对平衡常数的影响 对于吸热反应 rHm 0 随温度升高 平衡常数增大 即T k 对于放热反应 rHm 0 随温度升高 平衡常数减少 即T k 例题 56 某反应的 H 0 某k 与温度T的关系符合 B A k 与T无关系B T升高 k 变小C T升高 k 变大D 不确定73 反应H2g I2 g 2HI g 在350oC时浓度平衡常数Kc 66 9 448oC时浓度平衡常数KC 50 0 由此判断下列说法正确的是 A 该反应的正反应是吸热反应B 该反应的逆反应是放热反应C 该反应的正反应是放热反应D 温度对该反应没有影响 4 平衡常数的有关计算 1 通过热力学常数计算 其中 rGm T